关键词： 可见光催化   烷基偶联   烷基羧酸   双催化   氰基化   不对称合成   手性杂环  

摘要： 太阳光是地球上最丰富和绿色的能源,基于可见光驱动的有机合成反应具有绿色高效、条件温和、环境友好等优点,近十年来相关研究发展迅速,已经成为有机合成领域的重要方向之一。同时,脂肪族化合物在自然界及生物体中随处可见,是构成有机化合物的基本结构单元之一,其转化应用研究具有重要的实践意义。其中,烷基sp3碳中心的交叉偶联反应是实现脂肪族化合物转化研究最直接的手段之一,是有机合成化学家的关注热点。近年来,有机化学家们将光氧化还原催化策略应用于烷基偶联反应中,为自由基的温和产生与转化提出了新的思路,也拓展了合成化学的新领域。这一反应类型展现出了一定的反应优势,包括不需要额外的氧化剂、条件温和、官能团容忍性好、化学选择性好等特点。本论文将对该领域近年来的最新研究进展情况进行综述,并围绕这一领域开展了一些研究工作。具体研究内容如下:首先,我们从自然界中广泛存在且廉价、稳定的烷基羧酸出发,在光氧化还原催化条件下生成烷基自由基,与有机碘炔基试剂经历自由基加成过程,以较高的产率得到一系列结构多样的炔烃类化合物。此外,直接使用太阳光照射也能使反应高效进行,而且该反应还可放大到克级规模而不影响反应效率。通过对产物的进一步衍生化,我们还合成了恶唑烷酮类化合物。最后,我们通过一系列机理研究实验探索了该反应的机理。在上述光催化脱竣炔基化的工作基础上,我们进一步探究并实现了脱羧氰基化反应,同时还将此策略应用于三级胺的碳氢氰基化反应。通过这两类温和氰基化反应,实现了一系列α-氨基氰及烷基氰类化合物的合成。值得注意的是,该反应将中性且结构稳定的有机碘氰基试剂作为氰源应用于光催化反应中,反应中无需加入额外氧化剂且反应体系中无氰基负离子生成,实现了安全的氧化还原中性的自由基氰基化反应。随后,我们进一步将烷基前体拓展到了普通烷基溴代物,通过硅自由基活化产生烷基自由基的策略,与烯基砜加成,实现了单一光催化条件下的脱溴烯基化反应。此外,我们以烷基溴代物和烯基溴代物为前体,将可见光催化与镍催化相结合,实现了双催化的烯基化反应。以上两种方法成功实现了官能团多样的烷基烯烃的合成。此外,该反应可进一步拓展到溴代糖类化合物及复杂的溴代物的进一步修饰,并应用于合成高利用价值的烯烃类化合物。另外,结合可见光催化与有机催化共催化模式,以氧气为氧化剂,实现了温和条件下的饱和脂肪醛的脱氢氧化反应。我们还使用手性胺作为催化剂,通过一锅的串联不对称转化,实现了饱和醛的β-位碳氢官能化反应,高对映选择性地合成多种手性醛类化合物。最后,基于相关不对称催化方面的研究,我们将手性吡啶配体应用于可见光催化中,通过光催化镍催化协同催化模式,将其应用于分子内碳氧偶联反应中,实现了直接的对映选择性去对称化反应,合成了一系列手性的苯并哌氧环烷类化合物,并提出了可能的反应过程。

关键词： 吡唑啉酮   三氟甲基   羟吲哚   吡咯烷   立体选择性   [3+2]环加成  

摘要： 在多种杂环化合物中,吡唑衍生物是重要的含氮杂环化合物之一,近年来,由于这类化合物被广泛应用于合成药剂及农药产品,并被用做有机合成中的重要中间体及配位化学中的螯合剂,而受到了广泛关注。吡唑啉酮作为具有重要生物活性的吡唑杂环化合物之一,有关于它们的合成研究已经有一个多世纪的历史了。早在1883年的时候,Ludwig Knorr就首次合成了二甲基苯基吡唑酮(药物名:安替比林),并确定它是第一种解热镇痛药。鉴于对新型药物的持续需求,这种含-CF基团的特殊结构元素也已经被引入到了多种药物骨架中,来提高药物的生物活性或改善化合物的物理化学性质,例如亲脂性或碱性,它也可能对分子的构象产生实质性的影响。而且得到的含-CF基团的新化合物中,有一些显示出了很有前景的生物活性。吡咯烷-螺羟吲哚单元是一种特殊的杂环结构,它是众多生物碱天然产物家族的核心结构,具有这样结构的化合物往往具有强大的生物活性谱。持续不断的研究显示,该类杂环化合物具有成为药物或生物探针的潜在可能性,这使人们对相关化合物的合成开发产生了浓厚的兴趣。吡唑啉酮,吡咯烷,-CF取代的羟吲哚单元均为许多生物化合物中的优势结构,将优势结构合并入一个有机分子,从而发现具有医用价值的药物,是现代药物开发研究的一个热点。基于以上原因,我们利用含三氟甲基的羟吲哚与吡唑酮结构进行不对称的[3+2]环加成反应,在温和的反应条件下,以奎宁衍生的方酰胺为有机催化剂高立体选择性的将羟吲哚,吡唑啉酮及吡咯烷结构完美结合,从而构建出吡咯烷结构,高立体选择性的将羟吲哚,吡唑啉酮及吡咯烷结构完美结合。该类化合物具有四个连续的手性碳中心,且其中两个是连续的季碳。

关键词： Chemistry   Organic chemistry  

摘要： Polyketide/oligosaccharide natural products are abundant source of complex biological molecules for exploring novel therapeutics agents. They usually contain multiple stereogenic centers. The resin glycosides are structurally complex polyketide/oligosaccharide natural products that possess significant cytotoxicity against a range of cancer and bacterial cell lines. The structural complexity of the resin glycoside is nicely represented by batatinoside III, a resin glycoside from the morning glory family. The biological activities of the resin glycosides have been attributed to their amphiphilic structure. Specifically, it has been suggested that the mechanism of action is associated with the ability to transport ions across cellular membranes. While intriguing, this suggested mode of action is unproven. A novel total synthesis strategy for both enantiomers of batatinoside III was accomplished, which showcases the unique ability of the de novo approach to oligosaccharides to quickly assemble oligosaccharides with stereochemical structural versatility. The synthesis was completed in 2% overall yield with 20 longest linear steps. The linear strategy retains flexibility for the divergent syntheses of analogs for stereochemical structure activity relationship (S-SAR) studies. The efficiency of de novo asymmetric syntheses was also demonstrated by synthetic success toward polyketide natural products: Phoracantholide J, a natural pheromone and Avocadynes/-enes/-anes: biologically active avocado extracts and/or derivatives. The significance of stereo-divergent synthesis for S-SAR study was revealed by inhibition studies of Tetrahydrolipstatin (THL) and its synthetic stereoisomers against lipases of interest. THL is an anti-obesity drug developed from polyketide natural product.

关键词： Chemistry   Organic chemistry  

摘要： Chiral diamines play an important role in asymmetric synthetic transformations. (−)-Sparteine is one such diamine; however, its commercial availability has become limited over the last ten years. In light of this, the development of sparteine surrogates has been of interest to the synthetic chemistry community. The following work describes the design, synthesis, and evaluation of three generations of potential sparteine surrogates. The metal ligating ability of these diamines was studied, and their value in asymmetric synthesis was investigated. Additionally, incorporation of one of the diamines into a tetraazamacrocyclic framework was achieved. This tetraazamacrocycle has potential to be used for the development of enantioselective atom transfer processes, i.e. epoxidation, aziridination, or cyclopropanation.

关键词： 手性催化剂   二茂铁骨架   双膦配体   不对称合成  

摘要： 手性药物的研究与开发已成为当今新药发展的方向和热点领域之一，发展新的手性技术，进而获得光学纯的手性药物中间体成为许多医药研发机构追求的目标。不对称催化技术仅使用极少量的手性催化剂即可将大量非手性原料转变为手性产物，是目前获得手性化合物最先进、最经济的方法。其中，手性催化剂是不对称催化技术实现手性增值的源泉。因此，发展廉价、高效的手性催化剂是不对称催化技术的核心。本论文主要涉及构建基于二茂铁骨架的新型手性催化剂、优化催化体系，并用于不对称合成手性药物中间体，主要工作包括以下两部分：　　1、新型手性二茂铁双膦配体的构建及其在亚胺不对称氢化反应中的应用研究　　手性胺是一类非常重要的生物活性物质和药物合成中间体，在医药、农业及香料化工等行业具有广泛的应用，潜手性亚胺的不对称催化加氢是获得手性胺类化合物最直接有效的方法。与潜手性C=C、C=O双键的不对称催化氢化相比，对不同结构类型的亚胺底物中C=N双键进行对映选择性加氢相对困难，高效、高立体选择性的催化剂十分有限，特别是对一些挑战性亚胺底物的不对称氢化反应尚无有效的催化体系。　　本课题基于二茂铁骨架设计合成了5种新型手性双膦配体39a-39e。该类配体具有以下特点：①分子结构具有高度的刚性及富电子性，两个膦基可通过不同反应分别引入，便于通过对P原子上不同取代基的电子及立体效应的多方调控，影响过渡金属催化剂的催化性能;②分子兼具面手性、碳手性、轴手性，以便根据不同的底物选择性地启用部分或全部的立体基因进行手性匹配，发挥最佳的立体控制作用;③5种手性配体均以(R)-Uig’s胺为原料，经2步反应即可方便制备，总产率为34%-46%。合成路线具有原料易得、操作简便、高度模块化的特点。配体结构经1HNMR、31PNMR、13CNMR和HRMS谱进行了表征。　　将5种配体用于两类亚胺底物的不对称氢化反应中，系统评价了其催化性能。　　(1)在非环状N-芳基亚胺的不对称氢化反应中，通过对配体、溶剂、添加剂、催化剂用量、氢气压力等催化条件的筛选优化，成功实现了20种N-芳基亚胺的高效不对称氢化，获得最高94%的分离产率及99%ee的对映选择性。将催化剂的用量降低至万分之一时，仍可获得83%的化学产率及95%ee的对映选择性，根据转化率计算出TON值高达8700。　　(2)将上述手性配体用于挑战性亚胺底物1-芳基-3,4-二氢异喹啉的不对称氢化反应，用于构建具有多种生物活性的(S)-1-芳基四氢异喹啉骨架。通过配体筛选及条件优化确定最优催化体系，在17种1-芳基-3,4-二氢异喹啉的不对称氢化反应中获得最高95%的化学产率以及＞99.9%ee的对映选择性。尤其是对于具有大位阻的1-位芳环上邻位连有取代基的1-芳基-3,4-二氢异喹啉底物，也能获得高于92%ee的对映选择性，这是目前文献报道的该类底物最好的催化结果。当催化剂用量降低至0.02mol%时，仍可获得70%的化学产率及98%ee的对映选择性，根据转化率计算出TON值为4000。我们将该催化体系应用于膀胱过动症索利那新关键中间体(S)-1-苯基四氢异喹啉的合成，获得了95%的分离产率和＞99.9%ee的对映选择性。　　2、新型二茂铁类有机催化剂的合成及其在不对称分子内Rauhut–Currier(简称RC)反应中的应用研究　　与过渡金属催化剂中的手性配体相比，以二茂铁骨架构建手性有机小分子催化剂的报道相对较少。本论文在课题组前期研究基础上，针对不对称RC反应底物活性较差、反应条件苛刻、反应时间长(3-4天)、化学选择性及立体选择性不高、底物范围窄等问题发展新型高效的二茂铁类有机小分子催化剂。进行催化剂设计时，一方面增加催化剂的亲核性，另一方面在其结构中引入多种氢键供体，期望通过对结构的综合调控活化底物及稳定过渡态。此外，通过多种手性基元的相互匹配以期提供最佳的手性环境。基于上述考虑，本课题设计合成了二茂铁类双功能有机小分子催化剂3类14种80–93，催化剂均以(R)-Ugi’s胺为原料，经3步反应即可方便制备，总产率为27%-42%，并通过1HNMR、31PNMR、13CNMR和HRMS谱对其结构进行了表征。　　将14种催化剂用于两类底物的不对称分子内RC反应中，考察其催化性能。　　(1)在对称性双烯酮的不对称分子内RC反应中，通过催化剂筛选及条件优化确定了最佳催化体系，成功实现了14种双烯酮的不对称分子内RC反应，获得较好的化学产率(最高达91%)及对映选择性(最高达98%ee)，并依据实验结果对催化反应的过渡态进行了讨论。　　(2)将上述催化剂用于更具挑战性的查儿酮衍生物的不对称分子内RC反应，用于构建具有多种生物活性的(R)-苯并-α-亚甲基-δ-戊内酯母核。通过催化剂筛选及条件优化，成功实现了17种(R)-3-亚甲基-4-(2-氧-2-苯

关键词： 手性联烯   过渡金属   不对称合成   官能团化   环化反应  

摘要： 联烯是一类非常重要的化合物。许多天然产物或活性药物分子都含有联烯结构单元。近来，联烯化合物不仅在材料领域展现出独特的性能，也有作为配体的巨大潜力。与经典的碳碳双键和碳碳叁键类似，联烯的累积双键也可以参与许多化学反应，并表现出独特的反应特点，从而有效地构建其他高附加值的、复杂的和多样性的化合物。　　鉴于联烯化合物的重要性，尤其是手性联烯，发展高效的、通用的合成联烯化合物的方法显得非常迫。手性联烯可分类为1,3-二取代手性联烯、三取代手性联烯和四取代手性联烯。相比于三取代和四取代联烯，1,3-二取代手性联烯的合成更具有挑战性。因为联烯的累积双键两端的取代基处于松散的状态，且彼此之间的影响较小。目前要获得高对映纯的联烯化合物，主要策略是基于特殊底物的位阻效应。即只有在底物中预先装载大位阻的基团，才能获得具有优秀ee值的联烯产物。我博士期间的工作，主要集中在发展高效的、通用的、不依赖特殊底物的催化合成1,3-二取代轴手性官能团化联烯的方法，另外也对官能团化联烯参与的环化反应进行了研究。　　第一部分：在Pd(Ⅱ)/(R)-(-)-DTBM-SEGPHOS催化体系下，发展了一种高对映选择性地构建小位阻1,3-二取代线性烷基联烯的方法。机理研究显示：排除起始原料联烯化合物的竞争配位，让原位生成的Pd(0)和配体优先络合，是该方法能获得高ee值的联烯产物的关键。通过该方法合成的联烯产物和很多天然存在的联烯化合物，具有类似的骨架。该方法也被用作关键步骤，第一次实现了高光学活性的非联烯天然产物(R)-traumaticlactone的不对称合成。　　第二部分：在Pd(0)/(R)-(-)-DTBM-SEGPHOS催化体系下，不仅实现1,3-二取代芳基联烯(单联烯基化)高对映选择性地合成，也实现了双芳基联烯(双联烯基化)的高非对映选择性和高对映选择性地构建。由于芳基取代的联烯容易消旋化，该合成方法具有重要的价值。合成应用研究显示：该芳基联烯产物通过简单的衍生化，可以方便地用于制备具有四氢呋喃骨架和环戊烯酮骨架的手性化合物。　　第三部分：在第二部分工作的基础之上，实现了高对映选择性地合成1,3-二取代芳基联烯胺。当拓展到烷基取代的底物时，生成的1,3-二取代烷基联烯胺也具有良好的ee值(up to 90%)。此外，也展示了利用廉价易得的1,3-二取代联烯醇作起始原料，通过酰基转移的策略，合成轴手性1,3-二取代联烯胺的潜在可能性。第四部分：本部分的工作主要涉及官能团化的联烯参与的串联环化反应研究。在Pd(PPh3)2Cl2催化下，用K3PO4作碱，通过联烯基丙二腈和炔‐炔丙基碳酸酯反应，发展了一种高效的方法，能够构建具有四氢呋喃稠合的双环[2.2.2]辛-2-烯结构的化合物。在反应过程中，观察到了极好的手性诱导现象。机理实验显示：炔‐炔丙基碳酸酯结构中氧连接单元和联烯基丙二腈结构中双氰基的作用，直接决定了该反应能否发生。

关键词： 立体化学   光氧化还原   Minisci反应   含氮芳香杂环   不对称合成  

摘要： 立体化学在药物化学、生物化学、农业化学以及材料等学科中发挥着至关重要的作用,因此,对设计行之有效的方法来制备手性化合物的单一对映异构体显得尤为重要,而不对称催化正是致力于发展手性催化剂将前手性和消旋底物转化成有价值的手性前体。自20世纪60年代第一例报道以来,已有大量的手性有机金属配合物和有机小分子催化剂被用于不对称催化,并且取得了不错的催化效果。因此,2001年的诺贝尔化学奖被授予给了William ***、Royoji Noyori和*** Sharpless三位不对称催化领域的先驱,以表彰他们在催化不对称合成发展中做出的杰出贡献。含氮芳香杂环化合物广泛存在于天然产物和药物活性分子中。因此,通过简单有效的方法来直接构建芳香杂环化合物一直是科研工作者所关注的。类似于喹啉、异喹啉和吡啶等含氮芳香杂环化合物由于其特有的一些化学性质,使得其与羰基化合物相比在手性中心的构建上更加的困难。随着1971年Minisci反应概念的首次提出,通过Br?nsted酸活化自由基加成的途径来实现含氮杂环芳烃的烷基化,为实现手性的构建提供了可能。近年来,通过可见光诱导单电子转移将光能转化为化学能,从而实现化合物的绿色构建逐渐引起大家的关注,并且通过可见光诱导与不对称催化相结合来实现手性化合物的构建也成为目前不对成催化的热点。本课题组在原有的有机小分子不对称催化的基础之上,发展了以有机光敏剂DPZ为媒介通过可见光催化与手性Br?nsted酸相结合的协同催化模式,为手性含氮芳香杂环化合物的合成提供了一种高效、绿色的双催化体系,并且也取得了一些非常不错的进展。在此基础之上,伴随着本次课题的提出。1.可见光诱导异喹啉不对称胺烷基化反应(Minisci-type reaction)研究自从Minisci反应的概念的提出,利用Br?nsted酸活化通过自由基加成来直接构建芳香杂环α位不对称胺烷基化到目前为止尚未有人报道,我们在前人的基础之上利用氨基酸衍生的活化酯(RAEs)和异喹啉为原料,利用手性Br?nsted酸和光催化双催化体系,首次实现了异喹啉为底物的不对称胺烷基化反应,从而构建一系列非常有价值的异喹啉取代的手性二级胺。2.异喹啉氮氧化物自由基加成构建含氮七元桥环化合物在上一个工作的基础之上,为了进一步探究芳香杂环的性质,我们利用异喹啉氮氧化物和氮苯基甘氨酸为原料,在碱性条件下通过可见光催化成功实现了一步构建七元含氮桥环化合物(莨菪烷衍生物),以及在只改变溶剂和碱的条件下成功实现多分子胺烷基自由基参与的七元桥环化合物的合成,为合成复杂的芳香杂环化合物提供了依据。

关键词： Strictamine   Arborisidine   Koumine   光催化自由基串联环合反应   单萜吲哚生物碱  

摘要： 本论文主要以实现多个结构相关的单萜吲哚生物碱的发散性合成为目标,对蕊木属生物碱arborisidine、钩吻碱koumine以及灯台碱strictamine进行不对称合成研究。工作内容主要由以下两部分组成:1)从本实验室已报道的生物碱strictamine形式合成路线中得到的共同四环中间体2-31出发,对生物碱arborisidine以及koumine进行不对称合成研究;2)从共同四环中间体2-31出发,完成生物碱strictamine的第一代全合成,并在此基础上利用本实验室发展的光催化自由基串联环合反应对生物碱strictamine开展第二代不对称合成研究。第一部分:单萜吲哚生物碱arborisidine和koumine的不对称合成研究我们以天然易得的L-色氨酸为起始原料,通过钯催化的烷基化反应,NBS/PPTS介导的高非对映选择性亲电环合反应以及铜催化的Friedel-Crafts环合反应高效合成了光学纯四环中间体2-31。中间体2-31具有吲哚啉并四氢吡咯结构单元,而TiCl4/NaBH3CN还原开环方法的发现,使得能够将其应用于部分单萜吲哚生物碱的不对称合成中。在生物碱arborisidine的不对称合成研究中,从共同四环中间体2-31出发,经Krapcho脱羧,TiCl4/NaBH3CN还原开环,Saegusa氧化以及aza-Michael加成反应等关键策略,成功构建D环和C16含氮季碳手性中心,完成核心骨架的搭建。当合成最后的E环时,虽然经过大量关环反应的尝试,由于底物易发生逆Michael反应,所有的尝试均未成功,使得合成研究中断。在对单萜吲哚生物碱koumine的不对称合成研究中,从共同四环中间体2-31出发,经Claisen重排反应构建C20季碳中心,TiCl4/NaBH3CN还原开环,以及内酰胺化反应构建哌啶F环。但是在尝试翻转C5手性中心前,氧化伯醇容易生成烯醛。而对烯醛的选择性1,4还原以及对烯醛烯烃化等反应尝试均无法实现,从而使得后续的合成研究不能继续进行。第二部:单萜吲哚生物碱strictamine的不对称合成研究为了解决大多数课题组在strictamine的合成中构建哌啶E环的C15-C20键时所遭遇的合成挑战,我们设计的第一代全合成策略中,通过重排反应预先构筑C15-C20键,然后经N4烷基化关环来实现E环的合成能够很好的解决这一问题。但是,也存在Johnson-Claisen重排反应的非对映选择性差以及合成效率低等问题。为了较好的解决上述的科学问题并拓展本实验室新发展的高效光催化自由基串联环合方法学的应用范围,我们从自由基串联反应得到的含氮杂环中间体出发,对单萜吲哚生物碱strictamine开展了第二代不对称合成研究。主要合成策略包括利用Tsuji-Trost反应对吲哚3位烯丙基化构建D环和C7季碳中心,以及Pd2（dba）3催化的还原性Heck反应构建E环。我们实现了核心骨架的合成,并以2.5:1的d.r.值得到了高级中间体。但是该高级中间体中主要异构体的C16构型与所期望的构型相反。目前,对构建E环合成策略的调整还在进行中。

关键词： 海洋次生代谢产物   不对称合成   Janadolide   Alotamide A  

摘要： 近年来,从海洋生物中发现了一批具有显著药理活性的环状缩酚酸肽类次生代谢产物,它们在抗肿瘤、抗感染及中枢神经调控等方面显示出了与陆地生物所含成分显著不同的特点,引起了广泛的关注。但海洋天然产物往往含量很低,难以通过提取分离满足新药研究,更不可能产业化。采用全合成的方法制备这些活性化合物,不仅能够克服因传统提取而无法满足后续研究的困难,也能对化合物的结构进行改造,以期获得成药性更好的衍生物。本文完成了蓝藻中环状缩酚酸肽类天然产物Janadolide以及Alotamide A的不对称合成,并构建了多种衍生物。主要研究结果如下:***及其C7位衍生物的合成研究Janadolide系从蓝藻Okeania属中分离得到的23员环状次生代谢产物,具有抑制锥虫的活性(IC50 47 nM)。本文对Janadolide的全合成进行研究,以18步反应、7.6%的总收率完成了目标分子的合成。该路线以4-乙酰基丁酸乙酯为起始原料,经过选择性的分子间CM（烯烃复分解）反应完成了非肽片段中反式三取代烯烃骨架的搭建,并取得了较高的E构型选择性（18:1）。该路线使用Evans辅剂及CBS还原反应分别构建了C2及C7位的手性中心,完成了非肽片段2-64a的不对称合成。文中将环合位点选在位阻较小的甘氨酸与L-N-Me-丙氨酸之间,得到了较高的环合产率（75%）,且不产生二聚或多聚副产物。针对该分子可能的C7位药效位点,首次合成了C7位构型翻转的衍生物7-epi Janadolide,总收率为7.5%,为后续的构效关系研究打下了基础。*** A的合成研究Alotamide A为蓝藻Lyngby属中分离得到的21员环状次生代谢产物,能显著促进小鼠神经元中钙离子的内流(EC50 4.18μM)。本文对Alotamide A的全合成策略和路线进行了较系统的研究,首次完成了Alotamide A母核的不对称合成,并针对其绝对构型未定的三个手性中心（C19、C28、C30）,首次合成了其中4个C19位为S构型的Alotamide A非对映异构体,为（19S,28R,30S）-1-117e,（19S,28R,30R）-1-117f,（19S,28S,30R）-1-117g及（19S,28S,30S）-1-117h。该路线以γ-丁内酯为起始原料,首先经优化的Julia-Kocienski烯化反应完成了C22-C25位反式二烯骨架的搭建,并取得了较高的产率（86%）及E构型选择性（15:1）;随后通过硼介导的不对称aldol反应及CBS还原反应高立体性地构建了C28-C30位的手性1,3-二醇骨架,完成了非肽片段的搭建,并合成了全部8个非肽异构体片段3-1a至3-1h。最后将环合位点选在L-N-Me-缬氨酸的氨基端与二氢噻唑片段的羧基端之间,完成了关键的关环。上述研究工作,不仅对两种环状缩酚酸肽类海洋天然产物进行了不对称合成,构建出可供药理活性筛选和构效关系研究的多个衍生物,还可通过对此类多手性中心复杂结构的合成和表征,为同类天然产物全合成及结构改造提供方法借鉴。

关键词： D-(-)-泛酰内酯   不对称还原   共轭聚酮还原酶   辅酶再生   全细胞催化  

摘要： D-（-）-泛酰内酯（D-PL）是合成D-泛酸钙（维生素B5）,D-泛酸和（R）-邻苯二酚等的关键手性中间体。D-泛酸钙和D-泛酸,主要应用于医药、食品、饲料和日化等领域,需求量逐年增长。目前,工业生产D-（-）-泛酰内酯主要采用酶法水解动力学拆分法。首先,通过异丁醛和甲醛的羟醛缩合反应,在酸性条件下与氰化氢加成,进一步酯化合成外消旋DL-泛酰内酯。DL-泛酰内酯再通过水解酶选择性催化,获得高光学纯度的D-（-）-泛酰内酯。传统方法主要缺点体现在高毒性化合物氰化氢,以及大量强酸强碱的使用,不符合绿色化工发展的要求。氧化还原酶不对称还原前手性羰基化合物合成手性醇被认为是最高效的方法。共轭聚酮还原酶（Conjugated polyketone reductases,CPRs）不对称催化二氢-4,4-二甲基-2,3-呋喃二酮（KPL）合成D-（-）-泛酰内酯,与水解酶拆分工艺比较优势体现在:（1）CPRs具有很高的催化立体选择性,保证产物具有高对映体光学纯度,对映体过量值（enantiomeric excess,e.e.）>99.9%;（2）以异丁醛和草酸二乙酯等为合成原料,避免传统工艺中剧毒化合物氢氰酸,以及强酸强碱的大量使用。然而,共轭聚酮还原酶基因资源相对匮乏,目前仅有来源于Candida parapsilosis IFO 0708的CPR-C1和CPR-2两种基因报道。而且,CPR-C1和CPR-C2基因在大肠杆菌中表达水平较低,直接导致重组细胞的催化效率较低。共轭聚酮还原酶属于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）依赖性醛酮还原酶。本文采用基因探矿策略,以CPR-C1和CPR-C2作为基因探针,从GenBank数据库中挖掘新型的CPRs基因。同时,克隆来源于七种不同微生物的假定CPRs基因,在大肠杆菌细胞中实现功能表达,基于催化活力和立体选择性进行筛选。本文以来源于Candida orthopsilosis Co 90-125的共轭聚酮还原酶（CorCPR）为研究对象。选择载体pET28a（+）构建重组表达质粒pET28a-CorCPR,并实现其在***细胞中的功能表达。以二氢-4,4-二甲基-2,3-呋喃二酮为底物,重组CorCPR催化活力和对映体过量值分别为49 U/mg蛋白和e.e.值>99%。针对重组CorCPR的酶学性质进行系统表征,最适反应温度和pH分别为40℃和6.5。重组CorCPR表现出较高的热稳定性,40,45,50℃的半衰期分别为8.0 h,3.7 h和52 min。重组CorCPR对α-酮酯表现出很高的催化活性和立体选择性,尤其是二氢-4,4-二甲基-2,3-呋喃二酮,但不能催化β-酮酯为相应的醇化合物。以二氢-4,4-二甲基-2,3-呋喃二酮为底物,Vmax和Km分别为227.3μmol/min·mg蛋白和1.3 mM。本文进一步针对重组CorCPR不对称催化D-（-）泛酰内酯的合成工艺进行研究。以Bacillus subtilis 168葡萄糖脱氢酶（GDH）辅酶NADPH再生酶,构建重组表达质粒pACYCDuet-CorCPR-GDH,共表达GDH与CorCPR基因,实现NADPH的循环利用。以*** pACYCDuet-CorCPR-GDH静息细胞为催化剂,100 mM KPL为底物,分批催化反应的最适pH值和温度分别为6.5和35℃,最适葡萄糖与底物的摩尔比为1.25:1,无需添加辅酶。为了避免底物在pH 6.5条件下的自水解,建立了连续流加催化工艺,利用*** pACYCDuet-CorCPR-GDH静息细胞作为催化剂,将1 M底物KPL与1.25 M葡萄糖浓缩于5 mL pH 2.5缓冲液中,分别以11μmol·min-1和14μmol·min-1的流速持续流加。最终产物浓度达到379 mM,转化率为95%,e.e.值>99%,时空产率达到157 g·L-1·d-1。